Мультикоптери, які іноді називають дронами, сьогодні привертають загальну увагу. Вже зараз їх використовують передові служби доставки, фермери, фотографи з операторами, і, звичайно ж, військові. Можна не сумніватися, що в майбутньому безпілотники візьмуть на себе і ті ролі, про які ми сьогодні не замислюєтеся. Однак досі у мультикоптерів досить багато технічних обмежень, пов'язаних з вадами конструкції. Власне, єдиної платформи для створення дронів досі немає, тому проектування безпілотників сьогодні - це поле для активних експериментів. Сьогодні ми починаємо спецпроект, в якому фахівці МАМІ розкажуть про свій досвід вирішення передових інженерних завдань і першою з цих історій стане розробка безпілотників власної конструкції.
Основні компоненти більшості існуючих коптерів - це пульт управління, польотний контролер («бортовий комп'ютер»), акумулятор, датчики, корпус (рама) і силова частина. Контролер передає сигнали на силову частину, датчики (гіроскопи, барометри, акселерометри, GPS та інші) відповідають за управління коптером. Силова частина коптера - це ротори з гвинтами, а корпус являє собою несучу конструкцію для «начинки». Оскільки швидкість польоту коптерів відносно невисока, до їхнього корпусу не висувають суворих аеродинамічних вимог. Головне - зробити їх максимально легкими і дешевими. В ідеалі, корпус коптера повинен захищати його внутрішні системи в разі падіння - але зазвичай до нього тільки одна жорстка вимога: він не повинен створювати ефекту вітрила.
Для досягнення кращих показників мотор і пропелери коптера встановлюються рівновіддалено один від одного. На квадрокоптери зазвичай встановлюють дві пари однакових пропелерів: два обертаються по годинниковій стрілці і два - проти годинникової. Рама виготовляється, як правило, з пластику або композитних матеріалів.
Велика частина сучасних коптерів мають масу до чотирьох кілограм і здатні літати до 30-40 хвилин без підзарядки. Ними можна керувати як за допомогою пульта, так і через мобільний додаток смартфона або планшета. Більшість коптерів не можуть похвалитися великою вантажопідйомністю, тому їх основна сфера застосування сьогодні - це фото- і відеозйомка. Для польотів на великі дистанції або для підйому серйозних вантажів коптерам зазвичай не вистачає підзарядки. Якщо для аерозйомки це не дуже критично (хоча, безумовно, знижує ефективність самого процесу, а значить і економічну ефективність), то при доставці вантажу швидка розрядка стає справжньою проблемою. Апарату потрібна постійна присутність людини і її втручання в процес, тоді як основна перевага такої доставки - її повна автономність.
У вересні 2015 року студенти МАМІ приступили до роботи над проектом, який університет розвиває спільно з компанією Copter Express. Copter Express - компанія, яка ввела в експлуатацію дрони для доставки піци, а також навчилася використовувати безпілотники для замірів радіоактивного і електромагнітного випромінювання (що використовується при підготовці до будівництва). Copter Express також проводить навчальні курси, на яких можна вивчити основи аеродинаміки і навчитися робити прості квадрокоптери своїми руками, пілотувати і програмувати їх.
У спільному проекті беруть участь близько п'ятдесяти студентів транспортного факультету, факультету інформатики та систем управління, освітньої програми з транспортного дизайну. У проекту Університету машинобудування і Copter Express два основних напрямки: розробка складного дрона-довголіту і станції підзарядки для звичайного коптера. Обидва напрямки вирішують, по суті, одну задачу: збільшити тривалість польоту. Зараз серійно випущених дронів-довголіж немає, але вже є прототипи, які впритул наближаються до можливості вирішити цю задачу.
На даний момент у розробці у студентів дві ідеї, які переслідують одну і ту ж мету, але різними шляхами.
Перший - критично переглянути конструкцію існуючих коптерів і фактично почати її з чистого аркуша: створити такий корпус, який дозволив би отримати необхідний польотний час не вдаючись до розробки нового способу підзарядки. Головне завдання тут - зробити корпус якомога легшим. Одним з перших рішень стало використання як матеріалу корпусу і «променів» не пластик, а карбон. Інша ідея - використовувати більш енергоємні літій-іонні акумулятори замість літій-полімерних. Але можна зробити більш енергоефективними і самі двигуни. Наприклад, замінити їх на такі, що працюють на більш низьких оборотах - це дозволяє істотно з'економити витрачання заряду батареї. Однак енергоефективні мотори вимагають використання гвинтів більшого діаметру, що значно збільшують габарити коптера і загальну вагу конструкції. І це теж доводиться враховувати.
Одна з ідей, що народилася в процесі роботи над проектом - зробити коптер складним: переносити і транспортувати дрон діаметром більше метра незручно. Так проект став «обростати» додатковими завданнями: забезпечити жорсткість складної конструкції, зробити процес складання-розкладання простим і зручним, розробити оптимальну схему, за якою дрон повинен складатися.
Другий напрямок для вирішення завдань щодо тривалості польоту дрона - створення станції підзарядки. Ідея такої станції виглядає на перший погляд раціональною та економічною, однак на ділі приховує масу складнощів. Як зробити так, щоб дрон міг самостійно і точно сісти на станцію підзарядки? Наявні системи GPS не забезпечують необхідну точність посадки, а робити станцію діаметром близько півтора метра недоцільно. Станція повинна бути компактною і недорогою, щоб користувачі могли купувати її на додаток до коптера.
Крім того, коптер необхідно «навчити» розуміти і дотримуватися полярності для забезпечення заряду і взагалі домогтися того, щоб його шасі з розташованими на них контактами потрапляли саме туди, куди потрібно. Саму станцію необхідно захистити від несприятливих погодних умов - можливо, накрити зверху, щоб уникнути замикання під час дощу, а в ідеалі - «прихистити» таким чином і сам коптер. Все перераховане вище повинно виглядати привабливо і коштувати недорого, а власники коптерів повинні мати можливість доопрацювати свої пристрої для їх використання спільно зі станцією.
Очікується, що учасники проекту не обмежаться прототипами: студенти вже представили перші дизайн-концепти вдосконалених коптерів експертам Copter Express. Кінцева мета проекту - створення технології, яка істотно розширить можливості існуючих коптерів і послужить основою для створення комерційного продукту для масового ринку.